第一个学生,设计火箭穿过卡门线
学生学习职业技能,因为他们拍摄的明星
在太空竞赛的开始,大量的政府机构计划投入巨资探索外层空间。最近,商业公司如SpaceX公司,维珍银河公司和蓝色起源已进入空间的业务。这些公司开发火箭部署卫星,进货国际空间站,并有可能使在不久的将来商业太空旅行。学生团队在全球各地的大学正在研制并发射火箭技术和学习沿途的一些大的教训:但是从大手笔的政府和商业项目的运作,第三组已经摘星星相去甚远。而另外一个挑战,这些学生组织预算紧张工作,他们的队伍把每四年队员毕业了。
南加州的火箭推进实验室的大学是推出一个完全的学生设计和学生建造的火箭到达外层空间的第一个本科一批。
奋进号发射火箭的增温需要精密工程在速度,力量和准确性都必须在高风险的情况下走到了一起。虽然学生团体已经成功地构建和飞行了很长一段时间的卫星,还没有发射火箭到太空,到现在为止。
On April 21, 2019, the University of Southern California’s Rocket Propulsion Laboratory (USCRPL) became the first undergraduate group to launch a completely student-designed and student-built rocket that crossed the Kármán Line, defined by the World Air Sports Federation as 100 kilometers above Earth’s sea level. Their rocket, the Traveler IV, reached 103,632 meters, with a margin of error of +/- 5120.64 meters (340,000 feet +/- 16,800 feet), into the air, completing the organization’s 15-year mission to be the first college group to reach outer space.
USCRPL是一个团队从研究的各个领域的约80名学生。USCRPL有一个指导老师,并接收来自20多个商业公司的支持。万博1manbetx该团队的目标是:在一个工程团队,类似于他们将在行业找到工作帮助大学生积累经验。该团队一起工作,以创建到未在教科书回答现实世界的工程问题的解决方案。万博 尤文图斯
主要工程团队USCRPL是航空电子,复合材料,推进,恢复和仿真。他们也有团队的场景,包括运营,传媒,基础设施和生产系统背后的工作。
该USCRPL团队
- 在80名学生来自超过六个专业,包括航天工程,机械工程和计算机科学
- 100%与一个讲师顾问本科生
- 校园专用实验室
- 资金和支持USC和23个万博1manbetx行业领导者
旅行者IV火箭
- 长3.96米(13英尺)不到
- 直径:20.32厘米(8英寸)的
- 重140公斤(310磅)的
- 海拔:103632米(340,000英尺)
- 固体燃料
- 最高速度:5.1马赫(5449公里每小时,3386英里每小时)
- 从美国太空港,新墨西哥推出
- 内置七个月
USCRPL工程团队
- 航空:设计,制造,并在火箭的鼻锥操作电子单元
- 复合材料:针对箭体,鳍,嘴和鼻锥设计和行为上篮
- 推进:设计和制造火箭发动机
- 恢复:开发并确保降落伞部署
- 模拟:创建一个飞行模拟器和固体发动机模拟器
动手,外的这个世界的经验
就像他们的商业同行,USCRPL队依靠系统仿真设计和测试他们的火箭。仿真团队解决了这些和其它系统仿真的问题在几乎相同的方式自己专业对口做,知道获得了他们毕业并移动到航空航天公司或其他相关领域的职业生涯将是有帮助的经验。一起动手设计和商业软件的经验是关键。
卢克瑞吉,USCRPL模拟团队的负责人,工程用另外两名学生在创建自定义飞行模拟器和一个自定义的固体发动机模拟器。一位资深谁是计算机科学和航天工程专业,他说,MATLAB®帮助团队看一次很多不同的场景。
“我们用我们的模拟了两个不同的目标,”瑞吉说。“首先,在设计阶段中,我们使用马达模拟器拿出一个电机设计,所需的推力,和燃烧长度轮廓。然后我们使用这些数据来设计火箭的实际机构,确定其长度,形状,鼻锥,并且散热片的形状,以及它需要有多大要达到期望的高度。
“使用脚本我写,MATLAB会改变输入略微以便它会立刻通过三个输入参数扫。这产生数千鳍片的三个维度的组合“。
卢克瑞吉,USCRPL仿真组组长
散热片是在火箭的设计中的关键组成部分。火箭队需要一个巨大的推力的量,和大气可造成火箭摆动。鳍有助于改变大众的火箭中心,并保持它的稳定和指向,它应该去。以设计为旅行者IV翅片,该球队跑的推出,这是唯一的时间的火箭是在大气中的前30秒的仿真,并测试了翅片设计形状和长度的不同的参数。
“使用脚本我写,MATLAB会改变输入略微以便它会立刻通过三个输入参数扫,”瑞吉说。“这产生数千鳍片的三个维度的组合。那么我们就可以提取最低的静态余量,绘制这些都在3D,看看有什么尺寸的排序,我们希望鳍有以达到良好平面轮廓。”
设计过程中的很大一部分是模拟发射,包括机动性能和飞行轨迹。仿真利用先前发射尝试收集数据。收集数据,火箭都配备有多个传感器,其可以中继定位,速度,温度,方向,以及更多。这些变量在飞行模拟器也测试。
“通过对上市阶段继续前进,飞行模拟器实际上是我们如何瞄准火箭,”瑞吉说。“我们匹配来自真实火箭的测量值的参数。我们拉活风数据来计算所需的飞行轨迹“。
火箭队是难以设计和制造,因为每个测试手段重新开始。和学生团体也有因素成员资格完全翻转每四年为学生毕业后,继续前进。通过继续在MATLAB工作,数据和模拟以前的团队收集和建造可以无缝地传递下去。
不过摘星
旅行者IV的成功是15年工作的高潮。对于每个先前的火箭未使其空间,队员们学到了一些东西,他们就下,最终导致成功实施。许多服务为平台,以学习理论和发展制造方法以前的火箭,和旅行者系列是这方面的知识之大成。
“下一步,我们将改进我们的成功火箭的设计,使其更轻盈,更优化,”迈克尔·奥尼尔,USCRPL媒体铅说。“我们希望能为一个有用的有效载荷增加足够的能力,如立方体卫星,在次轨道太空飞行。”
单级火箭是伟大的,达到这个目标,其中USCRPL自其2005年成立了但是发动有效载荷像一颗卫星送入太空,球队需要开发一个两级火箭。
该小组正在开发的许多项目,如探索使用液体燃料。液体燃料比团队一直使用,但将允许提高控制和推力进行了大量的有效载荷,并把它送入轨道固体燃料更不稳定。这些火箭弹是更昂贵的打造比固体燃料火箭,但USCRPL想要求了历史最高的业余火箭发射,这是关于另一个15000米比旅行者IV的创纪录的高度更高的称号。
在他们的时间与USCRPL获得的实际经验已经变成职业航天许多过去的成员。“我们的许多成员继续在航天工业工作NASA或如SpaceX公司和蓝色起源公司,”奥尼尔说。“有些人甚至去上创建自己的公司,如相对论的空间。”
丹尼斯·斯莫林,在他大四的USCRPL铅工程师,现在SpaceX公司推进工程师,他说,“我与USCRPL时间是我大学生活中最有价值的部分。
“USCRPL让学生运用他们在课堂上的真实世界的工程挑战,学习知识的机会。在大学解决这些实际困难,让学生培养技能组在工程职业生涯非常宝贵的机会。”